論文--dcs系統(tǒng)對(duì)水泥燒成系統(tǒng)的控制

1、<p>　　DCS系統(tǒng)對(duì)水泥燒成系統(tǒng)的控制</p><p>　　摘要：在水泥生產(chǎn)過程中，燒成系統(tǒng)是個(gè)互相干擾因素多、控制復(fù)雜的環(huán)節(jié)，在質(zhì)量和節(jié)能方面占有重要地位?？梢哉f(shuō)，熟料燒成DCS系統(tǒng)控制對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)品的質(zhì)量、提高設(shè)備生產(chǎn)率以及能源的節(jié)約都起著至關(guān)重要的作用。本文對(duì)DCS系統(tǒng)對(duì)水泥燒成系統(tǒng)參數(shù)的控制進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：DCS系統(tǒng)；燒成系統(tǒng)；監(jiān)控參數(shù)</p><p>　　DCS

2、system for cement burning systems control</p><p>　　Abstract：In cement production process,burning system is a important part that more interference factor with each other,control complex and plays an importan

3、t role in quality and energy efficiency.It can be said,the clinker burning DCS system plays an very important role in stabilizing the product quality, improve equipment productivity and energy saving. In this paper, DCS

4、system for burning system parameterss control are analyzed.</p><p>　　Key words：DCS system; Burning system; System parameters</p><p><b>　　0 引言</b></p><p>　　近年來(lái)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信

5、技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的飛速發(fā)展，DCS這種分散控制，集中管理的集散型控制系統(tǒng)已經(jīng)在世界水泥工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。采用這種系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)程序控制，過程量的采集、處理、顯示和調(diào)節(jié)。大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了工廠的管理和經(jīng)營(yíng)水平。水泥工藝過程是處理固體和粉狀物料的生產(chǎn)過程，風(fēng)、煤、料產(chǎn)生的熱工過程變化復(fù)雜，不可控因素較多。從過程控制的角度來(lái)看，是一個(gè)滯留時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)間常數(shù)大、外來(lái)干擾多、相互干擾關(guān)系復(fù)雜的過程。在水泥制造過程的三大部分（原料

6、制備、熟料燒成和水泥制成）中，熟料燒成系統(tǒng)是個(gè)互相干擾因素多、控制復(fù)雜、在質(zhì)量和節(jié)能方面占有重要地位的關(guān)鍵過程。以下介紹DCS系統(tǒng)在水泥熟料生產(chǎn)部分的應(yīng)用。</p><p>　　1 DCS系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　DCS系統(tǒng)是一種控制功能分散化、監(jiān)視操作集中化的控制系統(tǒng)，即所謂的集散控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)將4C技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT顯示技術(shù)）相結(jié)合，解決了計(jì)算機(jī)

7、集中控制所存在的問題。集散控制系統(tǒng)滿足了水泥生產(chǎn)自動(dòng)化對(duì)設(shè)備的主要要求。首先，它能做到功能上的分散，包括過程控制設(shè)備（或單元）與顯示、操作、管理的分散，過程控制與順序控制功能的分散，以及現(xiàn)場(chǎng)控制單元按工段的分散等；其次，集散控制系統(tǒng)具備靈活的、足夠容量的可編程系統(tǒng)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)過程控制與順序控制的要求；第三，集散控制系統(tǒng)配置了具有顯示、記錄、操作、管理功能的CRT人/機(jī)接口設(shè)備；第四，集散控制系統(tǒng)能夠與個(gè)人計(jì)算機(jī)通訊，在系統(tǒng)中，可以使用個(gè)

8、人計(jì)算機(jī)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、在線監(jiān)視、操作和管理。</p><p>　　集散控制系統(tǒng)具有較高的可靠性，設(shè)置了操作員CRT接口系統(tǒng)，有彩色CRT顯示器及鍵盤、打印機(jī)，CRT上以圖象形式形象地顯示出生產(chǎn)流程，還設(shè)有工程師操作站和計(jì)算機(jī)接口設(shè)備。操作員CRT接口系統(tǒng)是具有集中監(jiān)視、操作和管理功能的操作站。彩色CRT顯示器顯示內(nèi)容豐富，可以動(dòng)態(tài)圖顯示出工藝過程中各項(xiàng)參數(shù)的瞬時(shí)值以及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，可以進(jìn)行操作器模擬顯示

9、，以及用棒圖的高低顯示快速過程，也可以顯示當(dāng)前與過去報(bào)警的情況以及顯示過程變量的變化趨勢(shì)供操作員參考。CRT是以總體圖像、局部圖像和詳細(xì)圖像來(lái)顯示過程功能、檢測(cè)控制環(huán)路、控制聯(lián)鎖功能、實(shí)際故障情況、歷史信息、平衡報(bào)表及趨勢(shì)記錄。</p><p>　　2 熟料生產(chǎn)DCS控制　　熟料燒成系統(tǒng)主要流程：來(lái)自原料制備系統(tǒng)的生料由第二級(jí)預(yù)熱器出口管路上加入，在5級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯內(nèi)與燃燒的高溫氣體進(jìn)行熱交換，經(jīng)過窯內(nèi)

10、燒成的熟料進(jìn)入篦式冷卻機(jī)進(jìn)行驟冷。因此燒成過程的三個(gè)部分（預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯、冷卻機(jī)）相互干擾，形成反饋的動(dòng)態(tài)情況。有時(shí)為了穩(wěn)定某個(gè)參數(shù)而采取相應(yīng)的操作，其結(jié)果不僅不能達(dá)目的，反而對(duì)其它參數(shù)產(chǎn)生不良的影響，造成整個(gè)窯系統(tǒng)的波動(dòng)，因果關(guān)系復(fù)雜。由于水泥廠控制調(diào)節(jié)回路較多，系統(tǒng)參數(shù)要即時(shí)反映出窯內(nèi)熱工狀況，發(fā)揮DCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程變量的優(yōu)點(diǎn)，并提供了強(qiáng)大的診斷報(bào)警功能，操作工人能即時(shí)準(zhǔn)確的處理窯系統(tǒng)報(bào)警。DCS系統(tǒng)對(duì)保持窯內(nèi)熱工狀況穩(wěn)定和提高系統(tǒng)

11、運(yùn)轉(zhuǎn)率起到至關(guān)重要的作用。</p><p>　　2.1 燒成系統(tǒng)DCS主要系統(tǒng)參數(shù)  </p><p>　　2.1.1 燒成帶溫度- V/ U! t+ `$ g2 V1 p. Z$ n　　燒成帶的溫度控制，實(shí)際上是一個(gè)溫度場(chǎng)的問題，包括物料溫度、氣流溫度、火焰溫度等等。采用比色高溫計(jì)，可以直接測(cè)出火焰溫度。此外，檢測(cè)窯尾廢氣中的NOx濃度，也可以反映火焰溫度。因?yàn)?/p>

12、NOx的形成同N2和O2的濃度及火焰溫度有關(guān)，在窯中N2濃度可視為常數(shù)，這樣NOx的濃度僅與O2的濃度和火焰溫度有關(guān)。過?？諝庀禂?shù)大（O2的濃度高），火焰溫度高，NOx的濃度則高；反之，火焰溫度低，在還原氣氛中O2的濃度低，這時(shí)NOx的濃度則下降。在窯系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，其過剩的空氣系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定，O2的濃度相對(duì)穩(wěn)定，這時(shí)窯尾廢氣中的NOx只與燒成帶火焰溫度有關(guān)。火焰溫度高。NOx濃度大；反之，NOx濃度小，且反映靈敏，時(shí)間滯后小。由于

13、火焰溫度是燒成帶溫度的主導(dǎo)因素，因此，一般均以NOx濃度作為燒成帶溫度變化的控制標(biāo)志。2.1.2 1 l& [% D& C9 a0 K+ N. X3.3.3.窯轉(zhuǎn)矩　</p><p>　　根據(jù)熟料溫度的不同，被窯壁帶起的熟料量和被帶起的高度也不同。熟料溫度高，被帶起的量多；反之，則少。因此，熟料溫度高，窯轉(zhuǎn)矩大，但是在窯內(nèi)掉磚以及窯喂料量變化情況下，同樣也會(huì)影響窯轉(zhuǎn)矩的值。因此，當(dāng)窯轉(zhuǎn)矩與NO

14、x濃度值、比色高溫計(jì)測(cè)量的值發(fā)生逆向變化時(shí)，應(yīng)考慮到窯內(nèi)熱平衡被某種因素所干擾，要么是窯喂料發(fā)生變化（人為的或窯喂料控制系統(tǒng)故障），要么是掉窯皮（或磚）。掉窯皮可通過窯胴體掃描裝置檢測(cè)到。2.1.3 窯尾氣體溫度</p><p>　　窯尾氣體溫度同燒成帶煅燒溫度一起表征窯內(nèi)各帶熱力分布狀況，同最上一級(jí)旋風(fēng)筒出口氣體溫度(或連同分解爐出口氣體溫度)一起表征預(yù)熱器(或含分解爐)系統(tǒng)的熱力分布狀況。同時(shí)，適當(dāng)?shù)母G尾

15、溫度對(duì)于窯系統(tǒng)物料的均勻加熱及防止窯尾煙室、上升煙道及旋風(fēng)筒因超溫而發(fā)生粘結(jié)堵塞也十分重要。一般可根據(jù)需要，控制在900～1050℃之間。</p><p>　　2.1.4 分解爐出口或最下一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器出口溫度　　這兩個(gè)位置的溫度，均能反映物料在分解爐內(nèi)的分解情況，一般控制在850～900℃之間。但是在無(wú)分解爐的狀態(tài)下，出最下一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的氣體溫度通?？刂圃?00～850℃范圍，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，可保證

16、物料在分解爐內(nèi)的分解狀況穩(wěn)定，從而使窯系統(tǒng)的整個(gè)熱工制度穩(wěn)定。否則不但會(huì)影響窯系統(tǒng)的熱工平衡，還會(huì)造成分解爐及預(yù)熱器系統(tǒng)物料結(jié)皮和堵料。</p><p>　　2.1.5 一級(jí)筒出口溫度　　當(dāng)設(shè)有五級(jí)預(yù)熱器時(shí)，一般控制在320℃左右，四級(jí)預(yù)熱器時(shí)一般控制在350℃左右。溫度太高，說(shuō)明喂料量與燃料量或用風(fēng)量不匹配，會(huì)造成其它旋風(fēng)預(yù)熱器發(fā)生粘結(jié)和堵塞，或是已造成某一旋風(fēng)筒發(fā)生堵塞。同樣，溫度過低，也說(shuō)明喂料量與燃料

17、不匹配，且使分解爐分解率偏低，通?？刂圃?20～350℃范圍。2.1.6 窯尾、分解爐出口或預(yù)熱器出口氣體成分</p><p>　　$ @8 ~4 b- ]0 W* U. n; V7 Z它們是通過設(shè)置在各相應(yīng)部位的氣體成分自動(dòng)分析裝置檢測(cè)的，指示著窯內(nèi)、分解爐內(nèi)或整個(gè)系統(tǒng)的燃料燃燒及通風(fēng)狀況。對(duì)窯系統(tǒng)燃料燃燒的要求是，既不能使燃料在空氣不足的情況下燃燒，而產(chǎn)生一氧化碳；又不能有過多的過?？諝猓龃鬅岷?。一般，

18、窯尾煙氣中O2含量控制在1.0～1.5%之間；分解爐出口煙氣中O2含量控制在3.0％以下。</p><p>　　預(yù)分解窯系統(tǒng)的通風(fēng)狀況，則是通過預(yù)熱器主排風(fēng)機(jī)及裝在分解爐入口的三次風(fēng)管上的調(diào)節(jié)風(fēng)門閘板進(jìn)行平衡和調(diào)節(jié)。在窯系統(tǒng)裝設(shè)有電收塵器時(shí)，對(duì)分解爐或最低一級(jí)旋風(fēng)筒出口及預(yù)熱器出口(或電收塵器入口)的氣體中的可燃?xì)怏w(CO+H2)含量必須嚴(yán)加限制。因?yàn)楹窟^高，不僅表明窯系統(tǒng)燃料的不完全燃燒及熱耗增大，更主要的是

19、，在電收塵器內(nèi)容易引起燃燒和爆炸。因此，當(dāng)預(yù)熱器出口或電收塵器入口氣體中CO+H2含量超過0.2%時(shí)，則發(fā)生報(bào)警，達(dá)到允許極限0.6%時(shí)，電收塵器高壓電源自動(dòng)跳閘，以防止爆炸事故，保證生產(chǎn)安全。2.1.7 各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器出口壓力" V' v* D4 c" K. g0 D　　各級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器的壓力測(cè)量，可幫助操作人員了解各級(jí)預(yù)熱器工作是否正常，判斷生料流動(dòng)是否正常，有無(wú)漏風(fēng)或堵塞現(xiàn)象。某級(jí)筒負(fù)壓值低于設(shè)定值

20、，說(shuō)明該級(jí)或該級(jí)以下發(fā)生料粘結(jié)或堵塞，需盡快處理，嚴(yán)重的要立即停料。2.1.8 三、四、五級(jí)旋風(fēng)筒錐部壓力　　測(cè)量三、四、五級(jí)筒錐部壓力，可掌握它們的下料狀況的好壞。當(dāng)旋風(fēng)筒溫度過高發(fā)生料粘堵塞時(shí)，其錐部負(fù)壓值就會(huì)下降。此時(shí)需立即采取措施，如用空氣炮吹堵或人工捅料，但一定要做好</p><p>　　在窯系統(tǒng)與生料磨系統(tǒng)聯(lián)合操作運(yùn)行時(shí)，窯尾排出的廢氣用于生料磨系統(tǒng)烘干等，該點(diǎn)的測(cè)量是非常必要的。因?yàn)樵擖c(diǎn)的負(fù)壓

21、值直接影響以上兩個(gè)系統(tǒng)的操作平衡。當(dāng)該點(diǎn)的負(fù)壓值大于設(shè)定值或正壓值較設(shè)定值小時(shí)，應(yīng)將電收塵后的排風(fēng)機(jī)閥門關(guān)?。环粗?，則開大閥門，以保證風(fēng)量平衡。2.1.11 電收塵入口氣體溫度</p><p>　　溫度控制在規(guī)定范圍，對(duì)保證電收塵器設(shè)備安全及防止氣體冷凝結(jié)露十分重要。不同生產(chǎn)廠家的電收塵器，對(duì)人口氣體溫度要求是不同的。因此，必須嚴(yán)格控制人口溫度在規(guī)定的范圍，以保證電收塵設(shè)備安全運(yùn)行及防止氣體冷凝結(jié)露，影響電收

22、塵設(shè)備正常工作。一般都裝有自動(dòng)控制裝置，當(dāng)入L1溫度超過極限，或入L1氣體CO濃度值超過電收塵器安全規(guī)定值且溫度也較高時(shí)，電收塵器的高壓電源自動(dòng)跳閘且報(bào)警。</p><p>　　2.1.12 窯頭負(fù)壓 　　一般要求保證窯頭微負(fù)壓，防止窯頭噴火。另一方面，窯頭負(fù)壓穩(wěn)定，也表征窯內(nèi)通風(fēng)及冷卻機(jī)人窯二次風(fēng)之間的平衡。通常增加篦冷機(jī)余風(fēng)排風(fēng)機(jī)風(fēng)量，窯頭負(fù)壓增大；反之減小。但是，在正常生產(chǎn)情況下，窯尾風(fēng)機(jī)風(fēng)量

23、盡量保持不變，否則將影響整個(gè)窯系統(tǒng)的熱工平衡。因此，均采用調(diào)節(jié)窯頭電收塵出口閥門的開度來(lái)保持窯頭罩為微負(fù)壓。正常生產(chǎn)時(shí)，窯頭負(fù)壓一般保持在－0.1</p><p>　　～－0.05kPa。如產(chǎn)生正壓，導(dǎo)致噴火，將危及窯頭比色高溫計(jì)及看火電視等儀器。2.1.13 窯頭電收塵器入口溫度</p><p>　　這對(duì)電收塵器安全正常工作十分重要。在窯系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)，從窯頭掉下的熟料量變化較大，

24、出現(xiàn)冷卻機(jī)無(wú)法及時(shí)將熟料冷卻，這時(shí)從冷卻機(jī)抽出的熱風(fēng)溫度就高，則需采取冷卻機(jī)內(nèi)噴水降溫，一般要求廢氣溫度小于200℃。</p><p>　　2.1.14 二次空氣溫度</p><p>　　工藝角度要求二次風(fēng)溫度必須穩(wěn)定。因?yàn)槎物L(fēng)對(duì)于窯內(nèi)燃燒的好壞、工作的穩(wěn)定和煅燒過程中燃料的消耗都有較大的影響。</p><p>　　2.1.15 窯筒體溫度 </p&g

25、t;<p>　　窯筒體溫度表征了窯內(nèi)窯皮、窯襯的情況，據(jù)此可以監(jiān)測(cè)窯皮粘掛、脫落、窯襯侵蝕、掉磚及窯內(nèi)結(jié)圈狀況，以便及時(shí)粘補(bǔ)窯皮，延長(zhǎng)窯襯使用周期，避免紅窯事故的發(fā)生，提高窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。在進(jìn)行故障或不正常情況的判斷時(shí)，要分清主要矛盾與次要矛盾，逐步進(jìn)行判斷。一般，首先要重點(diǎn)觀察一級(jí)旋風(fēng)筒出風(fēng)口、分解爐(或最下一級(jí)旋風(fēng)筒出風(fēng)口)、窯尾及窯頭溫度的變化；其次是一級(jí)旋風(fēng)筒出風(fēng)口、分解爐(或最下一級(jí)旋風(fēng)筒出風(fēng)口)、窯尾、及窯頭壓力的

26、變化；再次是窯尾及預(yù)熱器后風(fēng)管氣體成分的變化；最后是其它參數(shù)的變化。在對(duì)故障或不正常情況做出正確的判斷后，相應(yīng)采取不同的措施進(jìn)行調(diào)整控制。對(duì)于破壞性故障或故障處理需要較長(zhǎng)時(shí)間而必須停車時(shí)，要按照操作規(guī)程依次進(jìn)行停煤、停料、停窯，同時(shí)要注意避免跑生料。對(duì)于調(diào)節(jié)性故障，根據(jù)故障或不正常情況原因做出相應(yīng)調(diào)整，但要注意一次調(diào)節(jié)幅度不要太大，以防熱工參數(shù)出現(xiàn)大的變動(dòng)，造成“惡性循環(huán)”。</p><p>　　以上參數(shù)都可以通

27、過DCS系統(tǒng)反映出來(lái)，對(duì)于CRT畫面的選擇、過程參數(shù)和設(shè)定值的輸入以及驅(qū)動(dòng)組件啟動(dòng)和停止都可通過操作鍵盤實(shí)現(xiàn)，操作人員通過CRT顯示器就可觀察到燒成系統(tǒng)過程變化，對(duì)其進(jìn)行操作控制。</p><p><b>　　3 結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　DCS 控制系統(tǒng)對(duì)水泥熟料生產(chǎn)線進(jìn)行集中管理、分散控制, 可實(shí)現(xiàn)水泥熟料生產(chǎn)過程的全方位全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和工廠企業(yè)管控一

28、體化, 可降低一次性投資和企業(yè)產(chǎn)品綜合成本, 提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度, 減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著水泥行業(yè)不斷向大型化、智能化的發(fā)展，DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)中起著越來(lái)越重要的作用，將成為水泥生產(chǎn)企業(yè)不可取代的主要生產(chǎn)控制方式。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 張雨成.DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)中的應(yīng)用[J]

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